Bodenkunde 2.3 UI13 2. Semester (FS14)

In der Ökologie bezeichnet der Begriff Stoffkreislauf eine periodische Umwandlung von chemischen Verbindungen, in deren Verlauf – nach einer Reihe von chemischen Reaktionen – erneut der Ausgangsstoff entsteht. In Ökosystemen gibt es diverse Stoff- kreisläufe, zum Beispiel einen Kohlenstoffkreislauf, einen Stickstoffkreislauf, einen Schwefelkreislauf und einen Phosphorkreislauf.

Für die Betrachtung der Stoffkreisläufe in einem Ökosystem ist auch der Stoffaustausch mit der nicht lebenden Umwelt (Luft, Wasser, Boden, Fels) von Bedeutung. 

Der C-Gehalt eines spezifischen Bodens hängt ab von den Einträgen und vom Abbau. Wie im Bild unten zu sehen ist, hängen sowohl die Einträge, als auch die Abbaurate nicht nur von biologischen, sondern auch von klimatischen Faktoren ab. 

Phosphor besitzt keine atmosphärische Komponente und befindet sich in der Regel in einem lokal begrenzten Kreislauf (siehe Abbildung). In terrestrischen Ökosystemen werden geringe Verluste durch Auswaschung generell durch Einträge aus verwitterndem Gestein ausgeglichen. In aquatischen, wie in terrestrischen Systemen, zirkuliert Phosphor in Nahrungsnetzen. 

• Phosphor liegt im Boden weitgehend in fester Form vor. Der Anteil in der Lösung macht in ungedüngten Böden nur etwa 0.1% aus.

• Gebundenes Phosphat findet sich entweder in organischen Verbindungen, in Bodenorganismen oder in anorganischen Salzen.

• Mikroorganismen sind für die Phosphorversorgung der Pflanzen entscheidend (z.B. Mykorrhiza). 

Die Gesamtgehalte scheinen oft hoch, sind aber nicht immer gut pflanzenverfügbar. Deshalb wird sehr häufig gedüngt. Nur etwa 40% des gedüngten Phosphors werden genutzt. Deshalb erfolgte in den letzten Jahrzehnten in landwirtschaftlich genutzten Böden eine Phosphoranreicherung. Der Überschuss hat sich jedoch zwischen 1975 bis 1995 in Deutschland von 0.4 auf 0.19 Tg, 25 kg P ha-1 auf 11 kg P ha-1 verringert. 

Je jünger ein Boden, desto mehr Phosphor ist vorhanden. Ein junger oder gedüngter Boden kann bis zu 1000mg P/kg Boden enthalten. Sandreiche Böden (z. B. weit entwickelte Böden wie Podsole) zeigen Phosphorgehalte von weniger als 100mg P/kg. Viele nicht zu tonarme Böden weisen Werte zwischen 200 und 800mg P/kg auf. Der P-Gehalt im Boden steigt von der Sand- zur Tonfraktion und mit dem Humusgehalt. In Laufe der Bodenbildung verliert der Boden Phosphor. Eine 20’000 Jahre alte Parabraunerde in Bayern hat bereits 400g P pro m2 Bodenoberfläche verloren. 

• Auf dem heutigen Produktionsniveau reichen die abbauwürdigen Reserven für ca 80 - 90 Jahre
• Die Vorräte liegen vor allem in Marokko, Südafrika un den USA un reichen für ca 250 Jahre
• Rohphosphate sind häufig mit Cadmium und Uran belastet
• Die Gewinnung des Rohphosphats geht oftmals mit erheblicher Umweltzerstörung/ Flächenverbrauch einher

Bodenbakterien bilden durch Bindung von Luft-N und durch den Abbau vom organischen Material NH₄+. Obwohl Pflanzen NH₄+ auch aus dem Boden aufnehmen, absorbieren sie hauptsächlich NO₃-, das von nitrifizierenden Bakterien aus NH₄+ gebildet wird. Meist wird bereits in den Wurzeln das NO₃- in organische Verbindungen wie Aminosäuren eingebaut. 

• 95% des Stickstoff liegt im Boden organisch gebunden, d. h. in nicht unmittelbar pflanzenverfügbarer Form vor (Aminosäuren, Aminozucker, etc).

• Anorganisch gebunden und pflanzenverfügbar ist der Stickstoff in gut durchlüfteten Böden meist in Form des leicht löslichen und aufgrund der negativen Ladung schlecht zurückgehaltene Nitrat (NO₃-) vorhanden. Nur ein kleiner Teil besteht aus austausch- barem und gelöstem Ammonium (NH₄+).